Soutenance mémoire
Choix de méthode de mesure
Nous avons vu dans le chapitre précédent les trois méthodes les plus courantes pour effecteur la mesure de vitesse. La méthode de mesure du temps pour une distance définie présente l’avantage d’être simple. Seulement, il faut considérer le cas où un autre mobile couperait la barrière d’arrêt, pendant que le vrai mobile est dans la zone de mesure, la vitesse de ce dernier se trouvera augmentée dans une proportion qui, de plus, dépendra du moment auquel l’autre mobile a provoqué l’arrêt du compteur. Une telle situation peut se présenter dans notre application quand deux véhicules se croisent au niveau des capteurs car on ne peut ignorer qu’une route nationale est à double sens. Pour la méthode de mesure de la distance pour un temps défini, l’emploi des appareils de mesure sans contact ou « télémètre » pourrait rendre la méthode intéressante. Ces télémètres faciliteraient grandement la tâche s’ils ne présentaient pas le défaut de ne pas supporter la mesure de la distance des objets animés d’un mouvement rapide. Il nous reste donc la méthode par effet Doppler. Au premier abord, cette méthode semble être la solution la mieux adaptée pour cette conception. Mais à ce stade, la mise en œuvre, les principes détaillés de fonctionnement et le mode de calcul sont encore des zones inconnus. Nous essayerons donc de cerner, dans les paragraphes qui vont suivre, ces sujets
Choix du capteur
Dans notre application, l’appareil doit faire face aux conditions extérieures telles que la pluie, les vibrations dues au passage des véhicules, le vent,…, avec le minimum de perturbation de mesure et d’influence sur la stabilité et la précision de l’appareil. Parmi les capteurs qui viennent d’être énumérés, l’utilisation des capteurs au laser relève encore de la technologie de pointe due à l’utilisation des systèmes optiques de précision et de composants spécialisés de traitement. L’adoption des ultrasons paraît tentante car il semble possible de contourner ou de minimiser certains effets des éléments perturbateurs ; mais après une étude approfondie sur la question, on a dû conclure que les perturbations dues au climat (surtout le vent) restent insolvables. L’utilisation des ultrasons n’est pratique que pour des applications d’intérieur dits « indoor » et pour des mobiles à basse vitesse de déplacement. Nous avons vu que le capteur à micro-onde possède les caractéristiques qui remplissent les conditions essentielles à notre application (l’immunité aux conditions météorologiques et la précision de mesure). Malgré le fait que la réalisation de la partie micro-onde est encore inaccessible pour les non professionnels, nous avons tout de même choisi d’adopter cette technologie micro-onde pour notre application. Il nous faut seulement trouver une solution qui permettrait de contourner cette réalisation de la partie hyperfréquence. Pour cela, il nous faut étudier les différents éléments constitutifs d’un radar Doppler pour choisir le niveau de la chaîne où l’on peut agir. Mais avant cette étude matérielle, voyons tout d’abord la méthode plus détaillée de calcul sur effet Doppler
Mode de programmation d’un microcontrôleur
Comme tout système à microprocesseur, un microcontrôleur doit avoir une sorte de système d’exploitation. Ce système est le programme qui doit être chargé dans la mémoire de programme. Il configurera tous les éléments et les périphériques du microcontrôleur. Cette configuration des périphériques est effectuée en attribuant, à chaque bit de chaque registre et de chaque zone mémoire spécialisée, une valeur « 0 » ou « 1 » spécifique. Pour être plus concret, par exemple, pour un microcontrôleur de type PIC, la commande TRISA = 0x0F (Annexe 2) attribue RA0 à RA3 en entrées et RA4 et RA5 en sortie. Néanmoins, il faut respecter une certaine hiérarchie dans l’établissement du programme, selon la conception même d’un microcontrôleur. Par exemple, le programme d’un microcontrôleur de type PIC, fabriqué par MICROCHIP doit respecter la hiérarchie suivante :
– configuration de l’horloge, du chien de garde et la broche MCLR de remise à zéro
– définition des variables et tableaux
– initialisation des sens des brochages
– programme principal qui appelle un sous-programme
– les différents sous-programmes
Nous avons vu, dans ce chapitre, une analyse des éléments qui constituent une chaîne de mesure complète. Ainsi, d’après cette analyse, la conception de la chaîne haute fréquence n‘est pas obligatoire s’il existe des systèmes à micro-onde prêt à l’emploi et qui fournit à sa sortie le signal issu du mélangeur. De là, il ne nous reste alors qu’à définir les valeurs réelles et les caractéristiques de ce qui constitueront le circuit final.
CONCLUSION
Ce mémoire présente les étapes suivies pour la conception d’un système de contrôle de vitesse sur les routes nationales sur le territoire malgache. Le système conçu, utilise la méthode de mesure par effet Doppler pour s’acquérir de l’information de vitesse des véhicules. Il permet aux responsables de la sécurité routière de réprimander les conducteurs qui ne respectent pas les limitations de vitesse. La particularité du système conçu se repose sur l’emploi de la technologie à micro-onde pour les mesures sans contact, mais également sur l’emploi d’un composant programmable appelé « microcontrôleur » pour un traitement numérique plus moderne. Durant l’accomplissement de ce mémoire, notre connaissance sur la technologie des capteurs sans contact s’est beaucoup enrichie, et particulièrement sur les capteurs à ultrasons et à micro-ondes. En effet, notre premier choix de capteur s’est porté sur l’utilisation des ultrasons. Mais on s’est rendu compte que son domaine d’applications est très limité. Parmi les techniques de mesure de la vitesse qui ont été analysées, la technique de la mesure par effet Doppler s’avère être la mieux adaptée pour une utilisation en milieu routier. Cette technique est simple mais sa mise en œuvre demande une technologie pointue. Ce système ne prétend pas pouvoir rivaliser avec les systèmes de radars routiers actuels, mais il a été doté des fonctions minimales, dans le respect d’une norme internationale, pour pouvoir être utilisé dans un domaine légal. Il est donc, particulièrement intéressant pour commencer à moderniser, à peu de frais, les moyens utilisés pour assurer la sécurité routière comme dans le cas de Madagascar, à condition que des nouvelles lois soient créées autour son utilisation. Par sa conception, modulaire et programmable, le dispositif peut être amélioré selon les besoins qu’on exige de lui : implantation de système photographique et/ou de reconnaissance de gabarit des véhicules, remplacement du capteur pour une amélioration de la performance, amélioration de l’interface utilisateur,…. Enfin, rien n’empêche de l’employer dans d’autres domaines tels que sportif, assistance à la conduite automobile, etc.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : METHODES ET TECHNOLOGIE DE MESURE DE LA VITESSE
1.Généralités sur la mesure de la vitesse
1.1. Définition de « vitesse »
1.2. Les méthodes de mesure
a) Méthode 1 : Mesure du temps mis pour parcourir une distance définie
b) Méthode 2 : Mesure de la distance parcourue en un intervalle de temps donné
c) Méthode 3 : La mesure par effet Doppler
2.Technologie des capteurs de vitesse
2.1.Capteurs ultrasoniques
a) Définition
b) Principes de mesure
c) Caractéristiques et limites d’utilisation
2.2.Détecteurs à micro onde
a) Définition
b) Principes de mesure
c) Caractéristiques et limites d’utilisation
2.3.Capteurs au laser
a) Définition
b) Principes de mesure
c) Caractéristiques et limites d’utilisation
CHAPITRE II :DESCRIPTION DU SYSTEME
1.Choix de la méthode de mesure
2.Choix du capteur
3.Mode de calculs
4.Structure générale du système
5.Les éléments constitutifs d’un radar Doppler
5.1.Eléments constitutifs
5.2.Module d’émission-réception
a) L’antenne
b) Générateur de signal
c) Mélangeur
5.3.Module mise en forme
a) L’amplificateur
b) Le filtre
5.4.Module de traitement et affichage des données
a) Méthode de traitement
b) Le microcontrôleur
c) Mode de programmation d’un microcontrôleur
CHAPITRE III :REALISATION TECHNIQUE
1.Description du système
1.1.L’unité d’acquisition
1.2.L’unité de traitement
2.Description du MDU 1030
2.1.Présentation
2.2.Technologie
2.3.Spécifications techniques
3.Calcul des valeurs des composants de la partie analogique
3.1. Détermination de de l’Eq.2.3 et des fréquences limites
3.2. Calcul de l’amplificateur
3.3. Calcul du filtre
3.4. Circuit de mise en forme
4.Conception du circuit de traitement numérique
4.1.Description du microcontrôleur
4.2.Fonctionnement du système
4.3.Module d’affichage
4.4.Interface de réglage
4.5.Interface de communication série
5.Structure du programme
5.1. Configuration
5.2. Définition des variables et des tableaux
5.3. Initialisation
5.4. Programme principal
5.5. Les sous-programmes
5.6. Précisions sur quelques sous-programmes
6.L’alimentation
7.Evaluation du coût
CHAPITRE IV :SIMULATION DES CIRCUITS DE TRAITEMENT
1.Description de la simulation
2.Montage du circuit de traitement analogique
2.1.Vérification du signal à la sortie de l’amplificateur
2.2.Vérification du filtrage
2.3.Circuit de mise en forme
2.4.Commande du comptage
3.Simulateur du traitement numérique
3.1. Présentation
3.2. Correspondances entre le matériel et le programme
3.3. Démonstration
CONCLUSION
ANNEXE 1 : Récapitulation des circuits
ANNEXE 2 : Liste des registres spéciaux du microcontrôleur
ANNEXE 3 : Extrait de la recommandation OIML R 91
Références
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